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基于五星教学模型二叉树遍历微课教学研究

范文

赵玉刚

摘要：二叉树遍历算法是数据结构与算法课程中重要的算法，学生理解起来有一定难度;本文以五星教学模型为理论指导，采用微课与传统教学方法相结合的方式进行教学设计。

关键词：微课;二叉树遍历算法;五星教学模型;教学设计

中图分类号：G424? ? 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）24-0187-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 引言

微课作为一种“短小精悍，主题突出” 的新型教育资源形式已在高校广泛展开[1]。微课要求针对某一个主题在10～15 分钟左右讲解清楚，这不但要求教师在内容呈现上达到流畅新颖，更对教学设计的高效合理提出较高要求。

2 五星教学模型

五星教学模型是美国著名教育家梅里尔（M. David Merrill）教授提出的，针对在线教学和多媒体教学中过多重视信息呈现而忽视有效教学特征的问题进行重点改进。五星教学模型被国内一些高校相继引入，通过一系列的应用验证，取得了较好效果[2]。

五星教学模式主要包括“聚焦解决问题（Question）”“激活原有知识（Activation）”“展示论证新知识（Demonstration）”“尝试应用练习（Application）”和“融会贯通掌握（Integration）” 5个主要因素 [3]。其核心是：将教学任务放在循环递进的解决实际问题的情境设定中来进行：首先向学习者提出问题，然后针对具体任务展开实施教学，接着再展示怎样将学到的具体知识运用到实际问题解决中去。这样的做法，才是符合学习过程普遍规律和学习者心理接受要求的质优且高效率的教学模式。五星教学模型的组成如图1所示，整个教学模式以“聚焦解决问题”为中心，内层圆对应教师的教学阶段循环：1激活旧知识;2示证新知识;3嘗试进行应用;4融会贯通，外层圆对应学生的学习循环递进圈：1准备2理解3尝试4反思。由图1可知，五星教学模型不仅注重教学过程，同时也关注学生的学习过程，强调教学过程要符合学生学习的心理过程[4]，从而破解“知识的诅咒”[1]，有效避免教授者自说自解、学生进入不了状态。

3 数据结构与算法、微课

数据结构与算法是计算机类专业的专业基础课程，是一门综合性很强的专业课程，同时又是一门抽象性很强的课程。课程中不少算法学生理解起来有一定的困难，比如字符串模式匹配算法、二叉树及图的遍历以及相关算法。如果仅仅依靠课堂上教师的讲解，学生很难理解和掌握。因此如何通过各种有效资源，提高学生的学习效率非常重要[5]。

微课的主要内容是课堂教学视频（课例），一般时长10到15分钟。往往还包含与该教学主题有关的教学课件、练习题目、教学反思、教学设计等教学资源 [3]。所以，微课既有别于传统类型的如课件、设计、反思等教学资源，又是在其基础上发展起来的一种新型教学资源[4]。

4 二叉树遍历算法教学设计

良好的教学设计要根据课程标准的要求，并参考具体教学对象的特点，将教学诸要素合理安排，从而确定最佳的教学方案[5]。微课教学设计需要确定微课的教学目标，应用有效的教学理论指导，综合教学环节中各要素之间的本质联系，使学习者在微课程的相对短时间内获得较高的学习效果[5]。二叉树遍历（Binary Tree Traversal）是指沿着二叉树某条访问路线，依次对树上所有结点均做一次且仅做一次访问。二叉树遍历是二叉树最重要的操作，也是进行其他相关操作的重要基础[9]。教学设计围绕授课任务，经过分析教学目标，让学习者理解二叉树遍历算法的基本思想及实现，确定二叉树遍历算法的算法原理作为学习的重点和难点[7]。

4.1 聚焦解决问题

在数据结构课程中，二叉树遍历算法是有一定难度的算法，根据以往教学经验，学习者对二叉树节点的访问顺序混淆不清，很难达到预期的教学效果。微课选题如将二叉树遍历的三种遍历算--先序遍历、中序遍历、后序遍历算法放在一节微课里面来讲授，内容过多时间不够;如果将二叉树遍历四种算法的本质提取出来讲授，抓住遍历的实质是递归访问的路线一样，只是访问节点的时机不同这一算法的核心思想，通过动画视频来动态演示对比，从而帮助学生抓住二叉树遍历的算法本质。因此本节微课聚焦的问题将选为二叉树遍历算法三种遍历算法游走路线一样而具体访问时机不同这一关键去讲解和演示。

4.2 激活旧有知识

本节课旧有知识包括：一是二叉树的性质，结合二叉树的定义讲述和证明二叉树的重要性质;二是二叉树的存储方式，比较顺序存储和链式存储的优、缺点。重点强调最常用的二叉链表相对于其他存储的优越性。为后继新知识的引出做好铺垫。同时为加强新旧知识的对比，简化新知问题，可以利用PPT 之外的媒体方式，给出二叉树二叉链表存储的示意图例[8]。

4.3 示证新知识

示证新知识是五星教学模型中的关键环节，梅里尔教授在五星教学模型强调要根据学习知识的类型特点来设计相应的教学方法[2]。二叉树遍历算法中的示证新知识针对前序遍历、后序遍历和中序遍历进行分别表述和演示显然要烦琐很多，同时还容易引起学生混淆，往往教学效果会大打折扣。而通过抓住遍历的递归本质动，三种算法访问的路径是完全一样区别在于访问节点的时机不同。通过仿照大家都熟悉的贪吃蛇游戏，设计像蛇一样游走的卡通人物动画来演示进行算法遍历的过程，强化游走路线和相同访问节点的时机的区别，从而引导学生对二叉树算法的实质有一个形象准确的把握。

4.4 尝试应用

尝试应用强调的是紧扣目标操练和变式问题操练[2]。二叉树遍历算法是二叉树应用的基础，后边关于树的操作几乎都和二叉树遍历算法相关，所以尝试应用环节就可以给出一些三种遍历算法组合的应用实例题目，譬如依据前序遍历和中序遍历序列画出二叉树，或者依据中序遍历和后序遍历序列计算出前序遍历序列这一类的综合应用题，从而加深学生对二叉树遍历算法实质的理解。

4.5 融会贯通

微课课堂中很难安排出单独的练习时间，因此在微课中融会贯通环节通常与课后的实践和作业联系起来。在二叉树遍历算法微课中，实践的内容主要是通过深刻理解二叉树算法的代码实现，从而能够灵活地实现二叉树遍历算法的相关应用譬如统计二叉树的总的节点数、叶子节点数、二叉树的深度等等，吃透递归的思想来实现算法仿真。从而牢固掌握二叉树遍历的算法，并能在以后面對具体实际工程问题时灵活加以应用[9]。

5 结语

笔者以参加信息化教学大赛中获奖微课作品为基础，结合数据结构与算法课程的特点，以五星教学模型理论为指导，完成二叉树遍历算法微课的教学设计，并在实际教学中进行的应用实施。实践证明，按照五星教学模型来组织微课教学，抓人眼球的微课动画视频，类似游戏的场景设定，更有利于调动学生的学习主观能动性;按照五星模型逐环节引导，层层循环递进，引导学生循序渐进地构建知识体系，从而取得了较好的教学实际效果。五星教学模型是经典的教学设计理论，将其应用于微课教学设计中，具有一定的应用价值，对今后的微课教学设计提供一定的借鉴作用。

参考文献：

[1] 胡铁生，周晓清. 高校微课建设的现状分析与发展对策研究[J]. 现代教育技术， 2014， 2（24）： 5-13.

[2] 盛群力. 五星教学过程初探[J]. 课程·教材·教法， 2009（29）： 35-40.

[3] 董丽薇，尹伟静. 基于课堂教学的数据结构微课程系统框架的分析与设计[J]. 软件工程师， 2015（18）： 7-8 .

[4] 张一春. 精品微课设计与开发[M]. 北京：高等教育出版社， 2016.

[5] 严蔚敏，李冬梅，吴伟民数据结构 C语言版（第二版）[M]. 人民邮电护板社， 2015： 200-230.

[6] 陈智敏，吕巾娇，刘美凤. 我国高校教师微课教学设计现状研究 ——对 2013 年“第十三届全国多媒体课件大赛”295 个微课作品的分析[J]. 现代教育技术， 2014（24）： 20-27.

[7] 刘小晶，张剑平，杜卫锋. 基于五星教学原理的微课教学设计研究[J]. 现代远程教育研究， 2015（1）： 82-89.

[8] 张俊珍. 大学数据结构课程“翻转课堂”教学模式研究[J]. 读写算（教育教学研究）， 2015（34）： 54-55.

[9] 周思林，谢从华，周蓓. 基于自主学习的“数据库应用技术”课程教学模式研究[J]. 软件导刊， 2013， 12（1）： 198-199.

【通联编辑：闻翔军】

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